Sterpis Chemistry Academy

SC-THERMO-010 - Διάσπαση ανθρακικού άλατος και θερμικές απώλειες

Πρωτότυπη άσκηση Θερμοχημείας Γ΄ Λυκείου - πιστή στη λογική του προτύπου 5.67

ΚεφάλαιοΘερμοχημεία

ΥποενότηταΝόμος Hess - ενεργειακή αξιοποίηση

Δυσκολία🔴 8,2 / 10

Χρόνος30 λεπτά

Διδακτικός στόχος

✔ Να συνθέτεις την εξίσωση διάσπασης από ενθαλπίες σχηματισμού.

✔ Να διακρίνεις τη χρήσιμη από τη συνολικά παραγόμενη θερμότητα.

✔ Να εφαρμόζεις σωστά ποσοστό απωλειών.

✔ Να συνδέεις θερμότητα, mol και μάζα καυσίμου.

Εκφώνηση

Το MgCO₃ διασπάται κατά τη θέρμανση, σύμφωνα με τη χημική εξίσωση:

MgCO_3(s) → MgO_(s) + CO_2(g) ΔH₁

Ορισμένη ποσότητα άνθρακα καίγεται πλήρως, σύμφωνα με τη θερμοχημική εξίσωση:

C_(s) + O_2(g) → CO_2(g) ΔH₂ = -400 kJ

Το ποσό θερμότητας που ελευθερώνεται κατά την καύση χρησιμοποιείται για την πλήρη διάσπαση 168 g MgCO₃. Κατά την καύση του C υπάρχουν απώλειες θερμότητας 20%.

Να υπολογίσετε:

την ενθαλπία ΔH₁ της αντίδρασης διάσπασης,
το ποσό θερμότητας που πρέπει να ελευθερωθεί συνολικά από την καύση του C,
τη μάζα (σε g) του C που καίγεται.

Δίνονται οι θερμοχημικές εξισώσεις:

Mg_(s) + 1/2 O_2(g) → MgO_(s) ΔH₃ = -600 kJ

Mg_(s) + C_(s) + 3/2 O_2(g) → MgCO_3(s) ΔH₄ = -1100 kJ

Δίνονται: A_r(Mg)=24, A_r(C)=12, A_r(O)=16.

Προσπάθησε μόνος σου

Μην ξεκινήσεις με τύπους. Πρώτα εντόπισε ποια θερμοχημική εξίσωση αντιστοιχεί σε 1 mol της ουσίας που σε ενδιαφέρει και ποιο ποσοστό της παραγόμενης θερμότητας είναι πραγματικά αξιοποιήσιμο.

Καθοδηγούμενη βοήθεια

Εμφάνιση 1ης βοήθειας

Υπολόγισε πρώτα τη ΔH της διάσπασης από: προϊόντα - αντιδρώντα ή με κατάλληλη άθροιση εξισώσεων.

Εμφάνιση 2ης βοήθειας

Οι απώλειες 20% σημαίνουν ότι αξιοποιείται μόνο το 80% της παραγόμενης θερμότητας.

Εμφάνιση 3ης βοήθειας

Η θερμότητα που δίνεται στη θερμοχημική εξίσωση καύσης αντιστοιχεί σε 1 mol C.

Πλήρης λύση

α) Υπολογισμός ΔH₁ με τον νόμο Hess

Αντιστρέφουμε την εξίσωση σχηματισμού του MgCO₃:

MgCO₃ → Mg + C + 3/2O₂ ΔH=+1100 kJ

Προσθέτουμε τις εξισώσεις σχηματισμού MgO και CO₂:

Mg + 1/2O₂ → MgO ΔH=-600 kJ

C + O₂ → CO₂ ΔH=-400 kJ

Με άθροιση:

MgCO₃ → MgO + CO₂ ΔH₁=+100 kJ

β) Απαιτούμενη χρήσιμη θερμότητα

M_r(MgCO₃)=24+12+3·16=84

n(MgCO₃)=168/84=2 mol

Για 1 mol MgCO₃ απαιτούνται 100 kJ, άρα:

Q_{χρήσιμη}=2·100=200 kJ

Αξιοποιείται το 80% της θερμότητας καύσης:

0,80·Q_ολική=200 ⇒ Q_ολική=250 kJ

γ) Μάζα άνθρακα

1 mol C ελευθερώνει 400 kJ:

n(C)=250/400=0,625 mol

m(C)=0,625·12=7,5 g

Τελικές απαντήσεις: ΔH₁=+100 kJ, Q_ολική=250 kJ, m(C)=7,5 g.

Συχνά λάθη μαθητών

Θεωρούν ότι οι απώλειες είναι 20% της χρήσιμης και όχι της παραγόμενης θερμότητας.
Παραλείπουν να αντιστρέψουν την εξίσωση σχηματισμού του MgCO₃.
Δίνουν αρνητικό πρόσημο στη ΔH της ενδόθερμης διάσπασης.
Χρησιμοποιούν τα 200 kJ αντί για τα 250 kJ στον υπολογισμό της μάζας C.

Τι θα μπορούσε να ρωτήσει ακόμη ο εξεταστής;

Αν οι απώλειες γίνουν 25%, να υπολογιστεί η νέα μάζα C.
Να υπολογιστεί ο όγκος CO₂ που παράγεται από τη διάσπαση σε STP.

Συνδέεται με

Νόμος Hess • Ενθαλπίες σχηματισμού • Ποσοστό απωλειών • Στοιχειομετρία